1、ttl門電路組成的電容正反饋多諧振蕩器結(jié)構(gòu)和原理
由ttl門電路組成的電容正反饋多諧振蕩器基本電路如圖1所示。它是兩級ttl與非門由電容c 構(gòu)成正反饋的電路。
在多諧振蕩器工作過程中，主要依靠電容c 的充、放電，引起d 點(diǎn)電位vd的變化。當(dāng)vd達(dá)到ttl門閾值電壓vth時(shí)，引起與非門狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)。假設(shè)某時(shí)刻由于電容c 的充電，使vd逐漸上升，當(dāng)vd上升至vd≥vth時(shí)，與非門g1將由關(guān)態(tài)變?yōu)殚_態(tài)，使輸出va由高電平下跳至低電平，與非門g2由開態(tài)變?yōu)殛P(guān)態(tài)，輸出vb由低電平上跳至高電平。由于電容c 端電壓不能突變，使d點(diǎn)電位vd也隨vb的上跳而上跳，維持與非門g1處于開態(tài)，與非門g2處于關(guān)態(tài)，如圖1(b)中t1時(shí)刻所示。以后電容c 放電，放電的等效電路如圖2(a)所示。
圖1 電容正反饋多諧振蕩器
圖2 電容c 充、放電等效電路
隨著電容c 的放電，vd電位逐漸下降。在vd下降至vth之前，這段時(shí)間稱為暫態(tài)ⅰ，其工作波形如圖2(b)中t1～t2期間的波形所示。
當(dāng)vd隨c 放電下降至閾值電壓vth時(shí)，即vd≤vth時(shí)，與非門g1由開態(tài)變?yōu)殛P(guān)態(tài)，輸出va由低電平上跳至高電平，使與非門g2由關(guān)態(tài)變?yōu)殚_態(tài)，輸出va由高電平下跳至低電平。電路又一次自動翻轉(zhuǎn)，如圖1(b)中t2時(shí)刻所示。由于有電容c，vd隨vb的下跳而下跳，維持與非門g1關(guān)態(tài)，與非門g2開態(tài)。
當(dāng)與非門g1處于關(guān)態(tài)，與非門g2處于開態(tài)后，電容c充電，其等效電路如圖2(b)所示。隨著c充電，vd點(diǎn)電位逐漸上升，在vd上升至vth之前，這段時(shí)間稱為暫態(tài)ⅱ，其波形如圖1(b)中t2～t3期間的波形所示。
當(dāng)vd上升至vth時(shí)，與非門g1又由關(guān)態(tài)變?yōu)殚_態(tài)，與非門g2由開態(tài)變?yōu)殛P(guān)態(tài)，進(jìn)入暫態(tài)ⅰ。以后不斷重復(fù)上述過程，從而形成周期振蕩，在輸出端就獲得矩形波vb。
2、振蕩周期的計(jì)算
1. 暫穩(wěn)態(tài)ⅰ持續(xù)時(shí)間tw1的計(jì)算
由圖1(b)可見，在t1-時(shí)刻，與非門g1處于關(guān)態(tài)，與非門g2處于開態(tài)，以后電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)，在t1+時(shí)刻，與非門g1處于開態(tài)，與非門g2處于關(guān)態(tài)，進(jìn)入暫態(tài)ⅰ。電容c 放電，等效電路如圖2 (a)所示。由圖1(b)和圖2(a)可得暫態(tài)ⅰ的持續(xù)時(shí)間為
其中τ1=(ro+r)c vd(∞)=va=0.3v≈0v vd(t2-)=vth=1.4vvd(t1+)=vth+δvδv=δvb≈voh-vol≈voh將上述結(jié)果代入
得到
2. 暫穩(wěn)態(tài)ⅱ持續(xù)時(shí)間tw2的計(jì)算
在t2-時(shí)刻，與非門g1處于開態(tài)，與非門g2處于關(guān)態(tài)，在t2+時(shí)刻，電路發(fā)生了翻轉(zhuǎn)，與非門g1處于關(guān)態(tài)，與非門g2處于開態(tài)，進(jìn)入暫態(tài)ⅱ。電容c充電，等效電路如圖2(b)所示。如圖1(b)和圖2(b)，可得暫態(tài)ⅱ持續(xù)時(shí)間
其中τ2=[(r+ro)∥r1]c vd(∞)=va=voh=3.6v vd(t3-)=vth=1.4v vd(t2+)=vth+δv
δv=vb(t2+)-vb(t2-)=vol-voh =-voh 將上述結(jié)果代入上式
得到
3. 振蕩周期 t=tw1+tw2
假設(shè)圖1(a)中，r=1kω,ro=100ω,r1=4kω,c=1000pf,則
振蕩周期 t=tw1+tw2=2.18μs 。